1總線的定義及分類

1、1總線的定義及分類1.1定義總線，英文叫作“BUS”,即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹嚾ピ摋l公共車路線的任意一個站點。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮有盘?，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當(dāng)然，從專業(yè)上來說，總線是一種描述電子信號傳輸線路的結(jié)構(gòu)形式，是一類信號線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道1。通過總線能使整個系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計算機系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過主機相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再于總線相連接。1

2、.2分類總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，下面是幾種最常用的分類方法2。1.2.1按功能分最常見的是從功能上來對數(shù)據(jù)總線進(jìn)行劃分，可以分為地址總線(addressbus)、數(shù)據(jù)總線(databus)和控制總線卩controlbus)。在有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復(fù)用。地址總線是專門用來傳送地址的。在設(shè)計過程中，見得最多的應(yīng)該是從CPU地址總線來選用外部存儲器的存儲地址。地址總線的位數(shù)往往決定了存儲器存儲空間的大小，比如地址總線為16位，則其最大可存儲空間為216(64KB)。數(shù)據(jù)總線是用于傳送數(shù)據(jù)信息，它又有單向傳輸和

3、雙向傳輸數(shù)據(jù)總線之分，雙向傳輸數(shù)據(jù)總線通常采用雙向三態(tài)形式的總線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)通常與微處理的字長相一致。例如Intel8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。在實際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定是完全意義上的數(shù)據(jù)。控制總線是用于傳送控制信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進(jìn)行操作時要先通過控制總線發(fā)出讀/寫信號、片選信號和讀入中斷響應(yīng)信號等?？刂瓶偩€一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數(shù)也要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。1.2.2按傳輸方式分按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絼澐?，總線可以被分為串行總線和并行總線。從原理來看，并行傳輸方式其實優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會有所

4、增加。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車通過單線公路。目前常見的串行總線有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCIOD1.2.3按時鐘信號方式分按照時鐘信號是否獨立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，也就是說要用一根單獨的線來作為時鐘信號線；而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的，通常利用數(shù)據(jù)信號的邊沿來作為時鐘同步信號。2總線傳輸基本原理依據(jù)前面對總線的定義可知總線的基本作用就是用來傳輸信號，為了各子系統(tǒng)的信息能有效及時的被傳送，為了不至

5、于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復(fù)用技術(shù)3，也就是說總線傳輸?shù)幕驹砭褪嵌嗦窂?fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用就是指多個用戶共享公用信道的一種機制，目前最常見的主要有時分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等。2.1時分多路復(fù)用（TDMA）時分復(fù)用是將信道按時間加以分割成多個時間段，不同來源的信號會要求在不同的時間段內(nèi)得到響應(yīng)，彼此信號的傳輸時間在時間坐標(biāo)軸上是不會重疊。2.2頻分多路復(fù)用（FDMA）頻分復(fù)用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號經(jīng)過頻率調(diào)制后的頻譜占用其中的一個頻段，以此來實現(xiàn)多路不同頻率的信號在同一信道中傳輸。而當(dāng)接收端接收到信

6、號后將采用適當(dāng)?shù)膸V波器和頻率解調(diào)器等來恢復(fù)原來的信號。2.3碼分多路復(fù)用（CDMA）碼分多路復(fù)用是所被傳輸?shù)男盘柖紩懈髯蕴囟ǖ臉?biāo)識碼或地址碼，接收端將會根據(jù)不同的標(biāo)識碼或地址碼來區(qū)分公共信道上的傳輸信息，只有標(biāo)識碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會被接收。3總線的通信協(xié)議對于總線的學(xué)習(xí)，了解其通訊協(xié)議是整個過程中最關(guān)鍵的一步，所有介紹總線技術(shù)的資料都會花很大的篇幅來描述其協(xié)議，特別是ISO/OSI的那七層定義。其實要了解一種總線的協(xié)議，最主要的就是去了解總線的幀數(shù)據(jù)每一位所代表的特性和意義，總線各節(jié)點間有效數(shù)據(jù)的收發(fā)都是通過各節(jié)點對幀數(shù)據(jù)位或段的判斷和確信來得以實現(xiàn)。如圖1所示是常見的

7、I2C總線上傳輸?shù)囊蛔止?jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，其總線形式是由數(shù)據(jù)（主線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的雙線制串行總線，并接在總線上的電路模塊即可作為發(fā)送器機）又可作為接收器（從機）。幀數(shù)據(jù)中除了控制碼（包括從機標(biāo)識碼和訪問地址碼）與數(shù)據(jù)碼外還包括起始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號4。起始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。控制碼：用來選澤操作目標(biāo)與對象，即接通需要控制的電路，確定控制的種類對象。在讀期間，也即SCL時鐘線處于時鐘脈沖高電平時，SDA上的數(shù)據(jù)位不會跳變。數(shù)據(jù)碼：是主機向從機發(fā)送的具體的有用的數(shù)據(jù)（如對比度、亮度等）和信息。在讀期間，SDA上的數(shù)據(jù)位不會跳變。應(yīng)答信號：接收

8、方收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送方發(fā)出特定的低電平。讀/寫的方向與其它數(shù)據(jù)位正好相反，也即是由從機寫出該低電平，主機來讀取該低電平。結(jié)束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變表示數(shù)據(jù)幀傳輸結(jié)束。當(dāng)然不同的總線其數(shù)據(jù)位或段的定義肯定不同，但依據(jù)同樣的原理可以更快的去了解它的協(xié)議的特性和特點。雖然其信息幀的大小不一，但具體的某一數(shù)據(jù)位或數(shù)據(jù)段都類似于本文所提及的I2C總線，會依據(jù)它的協(xié)議的要求來定義它所達(dá)標(biāo)的意義和功能。4主要技術(shù)指標(biāo)評價總線的主要技術(shù)指標(biāo)是總線的帶寬（即傳輸速率）、數(shù)據(jù)位的寬度（位寬）、工作頻率和傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性等。4.1帶寬（傳輸速率）、位寬和工作頻率總線的帶寬

9、指的是單位時間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，即每鈔傳送MB的最大數(shù)據(jù)傳輸率?？偩€的位寬指的是總線能同時傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，或數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，即32位、64位等總線寬度的概念；總線的位寬越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越大，總線的帶寬就越寬。總線的工作時鐘頻率以MHz為單位，它與傳輸?shù)慕橘|(zhì)、信號的幅度大小和傳輸距離有關(guān)。在同樣硬件條件下，我們采用差分信號傳輸時的頻率常常會比單邊信號高得多，這是因為差分信號的的幅度只有單邊信號的一半而已。4.2傳輸數(shù)據(jù)的可靠性可靠性是評定總線最關(guān)鍵的參數(shù)，沒有可靠性，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是錯誤的信息，便就失去了總線的實際意義。為了提高總線的可靠性，通常采用的措施有：采用數(shù)據(jù)幀發(fā)送前發(fā)送器對總線進(jìn)行偵聽，只有偵聽到總線處于空閑狀態(tài)下時才可向總線傳送數(shù)據(jù)幀，這樣避免了不同節(jié)點的數(shù)據(jù)沖突。采用雙絞線差分信號來傳送數(shù)據(jù)，以降低單線的電壓升降幅度，減小